基于16位單片機(jī)MC9S12XS128的兩輪自平衡智能車的系統(tǒng)研究與開發(fā).pdf

1、汽車的普及是大勢(shì)所趨,汽車電控水平的高低及汽車電器智能化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標(biāo)志。隨著汽車電子技術(shù)和機(jī)器人智能技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)智能車輛的研究已經(jīng)成為自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。智能汽車是一種集環(huán)境感知,規(guī)劃決策,自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合高新科技系統(tǒng),它的應(yīng)用涉及到眾多學(xué)科,諸如自動(dòng)控制、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、傳感器技術(shù)、車輛工程、電子與電氣、單片機(jī)等眾多學(xué)科。
　　教育部舉辦的“飛思卡爾”智能汽車大賽,是一項(xiàng)

2、綜合性很強(qiáng)的賽事,能夠充分調(diào)動(dòng)大學(xué)生對(duì)智能汽車的興趣,培養(yǎng)大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的能力,提高大學(xué)生的動(dòng)手能力和科技創(chuàng)新能力。本文以第七屆“飛思卡爾”智能汽車大賽為研究背景,運(yùn)用MC9S12XS128單片機(jī),設(shè)計(jì)一種基于電磁導(dǎo)航的兩輪自平衡車系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)車模的直立行走,自主尋跡功能。系統(tǒng)采用飛思卡爾十六位微處理器MC9S12XS128作為核心控制單元,通過(guò)運(yùn)用各種傳感器,設(shè)計(jì)穩(wěn)壓模塊、最小系統(tǒng)模塊、雙輪測(cè)速模塊、傾角測(cè)量模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和人

3、機(jī)交互模塊并編寫相應(yīng)程序以完成平衡控制,速度控制,轉(zhuǎn)向控制三大任務(wù)。文中通過(guò)對(duì)倒立擺進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模,類比得到車模的平衡條件。首先利用陀螺儀和加速度計(jì)獲得車模的傾角和角速度,并進(jìn)行卡爾曼濾波,并對(duì)傾角進(jìn)行PD控制(比例-微分控制)實(shí)現(xiàn)車模的直立。通過(guò)光電編碼器分別測(cè)得車模的線速度和轉(zhuǎn)向角速度,對(duì)速度進(jìn)行PI控制(比例-積分控制)。將轉(zhuǎn)速控制信號(hào)與平衡控制信號(hào)疊加加載到后輪兩電機(jī)上,實(shí)現(xiàn)車模的靜止和直立行走。通過(guò)道路電磁中心線偏差檢測(cè)與電機(jī)